隋傳國

（廣東培正學(xué)院 廣州 510830）

引言

自用的一臺(tái)電磁爐型號(hào)C21-ST2106，出現(xiàn)不加熱、不檢鍋、不報(bào)警的嚴(yán)重故障，查遍了互聯(lián)網(wǎng)和圖書館，都沒有找到它的電路圖，使得維修無從入手。為挽救眾多的用戶產(chǎn)品，幫助廠家開拓市場(chǎng)，我根據(jù)這臺(tái)實(shí)際使用的C21-ST2106 抄板，經(jīng)過一個(gè)月的艱辛勞動(dòng)，終于畫出了部分主要電路圖。希望能為專業(yè)技術(shù)人員和自用的維修人員提供行動(dòng)指南。

1 美的電磁爐C21-ST2106 主控板的組成

美的電磁爐C21-ST2106 主要功能電路圖（根據(jù)PCB 板抄寫而成）見圖1，本電路以專用集成電路LC87F2L08A 為核心，包括全部控制電路：門控管VC 電壓檢測(cè)、浪涌電壓檢測(cè)電路、鍋底溫度檢測(cè)電路、門控管溫度檢測(cè)電路、過壓過流檢測(cè)電路、PWM 脈沖電路以及其它智能控制功能等。

圖1 美的電磁爐C21-ST2106 主板電路原理圖

1.1 電磁爐基本工作原理

220 V 交流電源經(jīng)全波整流后變成直流310 V，再經(jīng)過扼流圈L1 和平滑電容C4 加到加熱線圈（爐盤），加熱線圈的另一端接門控管IGBT，門控管導(dǎo)通與否由它的柵極電壓控制。導(dǎo)通時(shí)爐盤就有電流通過，加熱鍋具，不導(dǎo)通時(shí)爐盤線圈無電流，不加熱。

諧振電容C5 和爐盤線圈產(chǎn)生諧振，諧振頻率由電感值和電容值決定，當(dāng)CPU 送出的PWM 頻率與諧振電路頻率相同時(shí)，形成高頻振蕩。諧振磁力線輻射到導(dǎo)磁鍋底產(chǎn)生渦流，加熱鍋具[1]。

1.2 核心元件LC87F2L08A 微控制器

LC87F2L08A 是一款8 位微控制器，片上以CPU 為中心，它的最小總線周期為83.3 ns，板載可編程Flash ROM 容量是8 KB，256 B RAM，還含有一個(gè)硬件在線調(diào)試器，兩個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（都可以細(xì)分為8 位定時(shí)器），一個(gè)異步/同步串行輸入輸出SIO 接口，一個(gè)12/8位9通道AD轉(zhuǎn)換器，4個(gè)模擬比較器，2個(gè)AMP電路，一個(gè)IGBT 控制電路（PPG），一個(gè)看門狗定時(shí)器，一個(gè)內(nèi)部復(fù)位系統(tǒng)時(shí)鐘分頻器和19 個(gè)中斷源（10 個(gè)向量地址）。Flash 閃存ROM 容量為8192 X8 位 能夠進(jìn)行板載編程，電源電壓范圍為4.5 至5.5 V。以128 字節(jié)為單位可擦除，以2 字節(jié)為單位寫入，ROM 的大小是256 X 9位。無鉛型封裝30 引腳（400 mil）。最短總線周期時(shí)間：83.3 ns（12 MHz），最短指令周期為250 ns（12 MHz）[3]。

1.3 LC87F2L08A 微控制器的功能

1.3.1 LC87F2L08A 微控制器的外引腳介紹

LC87F2L08A 微控制器引腳如圖2所示，I/O 口的標(biāo)號(hào)P0（8 位）、P1（兩位）、P2（兩位）、P3（1 位）和P7（四位），共17 位輸入輸出口。第9、10、11 和16 腳是比較器輸入端；第12、13、14 和15 腳的第二功能是模擬量輸入端[3]。其余第二功能、第三功能或第四功能詳見圖2，這里不一一敘述。

圖2 LC87F2L08A 微控制器引腳圖

LC87F2L08A 微控制器各引腳功能見表1。

表1 LC87F2L08A 引腳功能

1.3.2 LC87F2L08A 微控制器內(nèi)部構(gòu)成

LC87F2L08A 微控制器的內(nèi)部組成詳見圖3，由中斷控制、待機(jī)控制、時(shí)鐘產(chǎn)生、看門狗、復(fù)位電路、定時(shí)器、異步串行通訊、串行輸入輸出、中斷源和其它單片機(jī)基本電路組成[3]。

圖3 LC87F2L08A 微控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 電路功能介紹

2.1 檢鍋和加熱信號(hào)輸出

開機(jī)復(fù)位后LC87F2L08A 微控制器第2 腳產(chǎn)生檢鍋信號(hào)（方波），如果整機(jī)工作正常，會(huì)在10 腳收到正常的脈沖信號(hào)；如果檢不到鍋，則報(bào)警。這里的DW1 是IGBT 柵極保護(hù)二極管，以防止過沖電壓燒毀IGBT 管。

LC87F2L08A 微控制器第2 腳的第二功能是輸出加熱信號(hào)，通過改變占空比調(diào)節(jié)IGBT 輸出功率的大小，控制加熱量。

2.2 同步控制

LC87F2L08A 微控制器第9 腳用于同步控制，其功能是使振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)頻率與PWM 信號(hào)的頻率相同，即IGBT 的C 極和G 極同頻。在控制過程中只改變脈沖信號(hào)的寬度而不改變頻率，有利于電路的穩(wěn)定[2]。不知道為什么設(shè)計(jì)者在9 腳上串聯(lián)接了兩個(gè)電阻——R19和R3。

2.3 檢鍋反饋

LC87F2L08A 微控制器第10 腳接收檢鍋信號(hào)（直流電壓值），其值的大小反應(yīng)電源輸入電流的大小，這個(gè)電壓越高加熱的功率就越大。

2.4 高壓保護(hù)取樣

LC87F2L08A微控制器第11腳是比較器輸入信號(hào)端，12 腳是模擬量輸入端，兩個(gè)引腳并在一起，共同實(shí)現(xiàn)高壓保護(hù)的功能。

電源電壓正常時(shí)，LC87F2L08A 微控制器第2 腳可以輸出振蕩脈沖信號(hào)，當(dāng)電源突然有浪涌電壓輸入時(shí)，此電壓（IGBT 的集電極電壓）經(jīng)電阻R4、R49、R16 和R66 分壓取樣，在11 腳上，集成電路內(nèi)部的比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，CPU 做出停止加熱的反應(yīng)。待浪涌電壓過后，CPU 再重新發(fā)出加熱的指令[2]。

2.5 電網(wǎng)電壓檢測(cè)

LC87F2L08A 微控制器第13 腳是模擬信號(hào)1 輸入端，用于監(jiān)測(cè)直流電壓200 V 供電電壓。交流電源經(jīng)D1和D2兩只整流二極管變換后得到電壓200 V，經(jīng)四個(gè)電阻R29、R26、R10、R12分壓后送入13 腳，用以監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓。

表2 通電電路板的測(cè)量

2.6 IGBT 溫度檢測(cè)

IGBT 上方安裝的熱敏電阻常溫下阻值是9 kΩ，5 V電源電壓經(jīng)R17 分壓送入LC87F2L08A 微控制器第14 腳。

該IGBT 產(chǎn)生的溫度透過散熱片傳至緊貼其上的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，該電阻阻值的變化間接反映了IGBT的溫度變化。溫度高時(shí)，阻值小，14 腳上的電壓就低。溫度下降時(shí)，14 腳上的電壓就會(huì)升高[4]。

CPU 通過監(jiān)測(cè)該電壓的變化，發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令：

1）IGBT 結(jié)溫>85 ℃時(shí)，調(diào)整PWM 的輸出，使IGBT 結(jié)溫下降。

2）當(dāng)IGBT 結(jié)溫由于某種原因（如散熱片故障）而高于95 ℃時(shí)，立即停止加熱并報(bào)警。

3）當(dāng)熱敏電阻（IGBT sensor）開路或短路時(shí)，發(fā)出不啟動(dòng)指令并報(bào)警。

4）關(guān)機(jī)時(shí)如IGBT 溫度>50 ℃，CPU 發(fā)出風(fēng)扇繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，直至溫度降至50 ℃，還要繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)4 分鐘后再行判斷，直至溫度不再超過50 ℃。

2.7 鍋溫檢測(cè)

第15 腳是集成電路模擬量輸入端，起到檢測(cè)鍋底溫度的作用。鍋底溫度透過微晶玻璃板傳至緊貼玻璃板底的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，該電阻阻值的變化間接反映了加熱鍋具的溫度變化，熱敏電阻與R60 分壓的電壓變化反映了熱敏電阻阻值的變化，即加熱鍋具的溫度變化，常溫下熱敏電阻阻值是80 kΩ。

2.8 浪涌保護(hù)功能

由于爐盤線圈L1與電容C4能構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，有可能產(chǎn)生過沖電壓，為了保護(hù)集成電路和其它弱電元件，就要在出現(xiàn)浪涌電壓時(shí)報(bào)警。

LC87F2L08A 第16 腳用于監(jiān)測(cè)交流供電電源220 V的涌動(dòng)情況，220 V 電源經(jīng)D1 和D2 整流后變成200 V直流電，這個(gè)電壓經(jīng)R29、R1 和R11 分壓送入16 腳，當(dāng)電源突然有浪涌電壓輸入時(shí)，微控制器根據(jù)取樣值暫停加熱，待浪涌電壓過后，取樣值恢復(fù)正常，控制器再重新發(fā)出加熱指令。

3 關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)測(cè)量

正常情況下通電電路板測(cè)量的數(shù)據(jù)如圖2所示，使用萬用表直流電壓檔，當(dāng)故障機(jī)某點(diǎn)電壓值偏離過多時(shí)，可以比照功能電路分析故障原因，縮小排查范圍。

4 檢修實(shí)例

修理一臺(tái)美的C21-ST2106 電磁爐通電無反應(yīng)，反復(fù)檢查，通過觀察其中IGBT 的發(fā)射極連接的一根粗跳線[5]，發(fā)現(xiàn)開焊，可能是因?yàn)樵摖t子使用年頭太久。重新焊過后就正常了。